В.М. Мирончик, В.А. Саечников
Белорусский государственный университет,
Центр геоинформационных технологий
Значительные территории Республики Беларусь ежегодно оказываются в зоне паводка, в ряде мест наблюдается до трех пиков паводка в год: зимний, весенний и летний. Вследствие этого, есть потребность в системы оперативного контроля паводковой опасности для своевременного предотвращения и локализации последствий чрезвычайных ситуаций.
По заказу Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь Центр геоинформационных технологий Белорусского государственного университета разработал программный комплекс для оценки уровня затопления и расчета величины возможного экономического ущерба в пойме рек. Высокая производительность современных аппаратных средств, возможности быстро и качественно работать с информацией, хранящейся в базе данных, позволяют создавать высокоэффективные системы поддержки принятия решений на основе обычных персональных компьютеров. Подобные системы обеспечивают оперативную, в режиме реального времени, обработку любой поступающей информации, выявление необходимых взаимосвязей между данными и вывод результата в наиболее удобной для пользователя графической форме.
Программный комплекс должен удовлетворять следующим основным требованиям:
- наглядность представления данных;
- поддержка современных геоинформационных технологий и стандартов;
- гибкость настройки и адаптации под конечного пользователя;
- простота разработки и внесения изменений;
- малые затраты времени на расширение функциональных возможностей.
Эти требования и обусловили выбор в качестве основы настольной геоинформационной системы ArcView, к привлекательным чертам которой можно отнести:
- широкие функциональные возможности по обработке и визуализации пространственных данных;
- возможность использования стандартных средств разработчика;
- гибкость настройки интерфейса под пожелания пользователей;
- поддержка DLL (динамически загружаемых библиотек), что позволяет расширять функциональные возможности программы, используя собственные библиотеки обработки данных;
- возможность связываться с внешними базами данных;
- поддержка основных стандартов в данной области;
- хорошее сопровождение (наличие локализованных версий программы и документации, центры технической поддержки и обучения на территории СНГ).
Для настройки работы комплекса использовались наиболее паводкоопасные районы в пойме реки Припять: Столинский, Пинский, Лунинецкий и Житковичский. Интерфейс программного комплекса прогнозирования уровня затопления и величины экономического ущерба организован следующим образом. Основное окно (“вид”) отображает электронную карту местности, состоящую из следующих цифровых слоев (“тем”): населенные пункты, реки, озера, лес, почвы, угодья, линии электропередачи, линии связи, дамбы, дороги, водпосты, непосредственно зона затопления и некоторые другие (рис.1).
Рис.1. Легенда вида “Зона затопления”.
Для работы программы необходимы оперативные данные о высоте воды с гидропостов службы Госкомгидромета. Передача данных возможна традиционными способами (телефон, телеграф, факс), а также по сети Интернет. Современные базы данных предоставляют широкие возможности актуализации информации последним способом, но вследствие слабой развитости и дороговизны Интернет-технологий в нашей республике для получения гидрологической информации пока в основном действуют стандартным образом: оператор принимает данные, вводит их в программу и получает результат. Данные хранятся в локальной базе в виде dbf-файлов. Структура проекта предусматривает быстрый перевод системы на новые способы получения информации в случае изменения требований пользователя.
После получения текущей сводки о высоте воды на постах данные вводятся в систему. Эта операция осуществляется щелчком указателя мыши на значке нужного поста. В ответ на запрос вводится текущее значение уровня воды. При этом по умолчанию выдается предыдущее значение (рис.2). После ввода значений по каждому из постов проводится расчет зон затопления и их отображение на экране монитора.
Рис.2. Диалоговое окно ввода высоты воды на посту.
Расчеты зоны основаны на статистической обработке данных многолетних наблюдений и детальной модели, учитывающей распространение поверхностных и внутрипочвенных водных потоков, рельефа местности, структуры почвы, растительности и т.д. Для достижения более точного результата методы можно комбинировать.
Наиболее доступным вариантом является построение зоны затопления по статистическим данным. Достоинствами данного подхода являются простота получения исходных данных (поскольку за паводкоопасными районами обычно ведется многолетнее наблюдение соответствующими службами), малый объем необходимой оперативной информации, быстрота расчетов и приемлемая точность получаемых результатов при минимальных затратах, что актуально на данный момент для нашей республики.
В общих чертах, статистический подход заключается в следующем. На реке имеется ряд постов VP1…VPn. По каждому из них есть данные многолетних наблюдений и оперативные данные по высоте воды Hi. По данным многолетних наблюдений предварительно рассчитывается процентная обеспеченность вероятности того, что высота воды на посту достигнет определенного уровня, и он вводится в виде цифрового слоя в ГИС. В дальнейшем программа работает с данными цифровыми объектами для расчета зоны затопления по текущим данным. При этом учитываются участки, не затапливаемые водой (огражденные дамбами и т.д.). Обычно применяются следующие основные величины процентной обеспеченности — 1%, 5%, 10%, 25%, 40%. Для каждого поста по результатам многолетних наблюдений строится таблица соответствия процентных обеспеченностей высотам воды. Далее, каждый пост отвечает за определенный участок речной поймы, так называемый створ. Для каждого из створов строятся уровни процентной обеспеченности в тех же градациях. Таким образом, при получении с поста высоты воды (либо уровня процентной обеспеченности) можно построить для каждого створа зону затопления на основе интерполяции между заранее вычисленными зонами затопления стандартной обеспеченности (Рис.3).
Рис.3. Зона затопления, рассчитанная по новым данным.
При использовании в программе прогнозных данных по высоте воды на постах, получаемых обработкой статистических рядов, данная методика позволяет отображать на цифровой карте прогноз паводковой обстановки с приемлемой точностью и минимальными затратами. Параллельно можно провести оценку ущерба от наводнения по наиболее значимым объектам.
Для оценки экономического ущерба от затопления поймы реки Припять в качестве значимых объектов были выбраны сельхозугодья, классифицированные по типам посевов и почвам. Для этого были созданы соответствующие слои цифровой карты. Для каждой пары: тип посевов — вид почвы рассчитывались удельные величины ущерба. Кроме того, аналогичные расчеты были проведены по населенным пунктам (классифицированным по типу построек), дорогам (классифицированным по типу покрытия), линиям электропередачи (классифицированным по мощности), линиям связи и радиосвязи. Соответствующие слои цифровой карты с атрибутивной информацией были внесены в проект. Оценка экономического ущерба проводилась полигонной обработкой соответствующих зон и зоны затопления на цифровой карте. При расчетах помимо прямого ущерба учитывался и косвенный, имеющий свою специфику для каждой зоны. Кроме того, были обеспечены некоторые дополнительные возможности обработки данных: оценка ущерба по определенному участку местности, сводки данных по степени затопления населенных пунктов и др (рис. 4).
Рис. 4. Окно отчета, содержащего результаты оценки ущерба
от наводнения для поймы р. Припять
(суммы в рублях указаны в базовых ценах 1991 года).
Разработанный программный комплекс тестировался в период прохождения пика паводка с 22 по 25 марта 1999 г. в Житковичском районе. Данные прогноза зоны затопления, рассчитанные с заблаговременностью в две недели, проверялись на местности по 12 створам. Результаты проверки показали, что отклонения реальных границ зоны затопления от расчетных составляют 100-500 метров. За счет этого, прогнозные и реальные площади затопленной зоны отличаются на уровне 1-2%, то есть ошибка находится в пределах точности расчета.
Итак, разработана достаточно точная, быстродействующая и дешевая система поддержки принятия решений для прогноза катастрофических наводнений и оценки экономического ущерба. Гибкая организация ArcView позволяет быстро доработать систему, введя в нее дополнительную функциональность. Система для поймы реки Припять, названная Overcalc, создавалась около года.
